[发明专利]形成相变材料层的方法及使用其形成的相变存储器件

说明书

技术领域

本发明的实施例涉及一种形成相变材料层的方法、使用该相变材料层形成相变存储器件的方法以及由此形成的相变存储器件。更具体，本发明的实施例涉及一种形成相变材料层的方法，使用该相变材料层形成相变存储器件的方法以及由此形成的相变存储器件，该相变存储器件可以减小或消除相变材料层中空隙或裂缝的形成。

背景技术

在半导体器件当中，相变存储器件具有非易失性特性，以便即使供电被中断，也不丢失存储数据。相变存储器件可以采用相变材料层，相变材料层对于存储数据可以显示出两种稳定状态。相变材料层可以根据加热温度和持续时间转变成非晶态或结晶态。典型地，非晶态中的相变材料层具有比结晶态中的相变材料层更高的电阻率。因此，根据相变材料层的状态，使用电阻率的变化，在相变存储器件的基本单元中可以储存逻辑“1”或“0”的数据。

焦耳加热可以被用作加热相变材料层以改变其状态的方法。例如，可以通过施加电流到连接到相变材料层的电极，围绕该相变材料层产生焦耳加热。通过调整施加电流的数量和/或持续时间来控制产生的焦耳加热的温度和/或持续时间，可以执行编程或擦除操作，即将相变材料层转变为非晶或结晶态。

通常，转变相变材料层的状态需要高温。例如，对于Ge-Sb-Te(GST)层，可能需要施加约630℃的温度，接近熔化温度，以将GST层转变为非晶态。产生这么多热量可能需要相当大数量的电流。由此，相变存储器件可能显示出大的功耗。此外，高度集成该相变存储器件可能是困难的，因为为了控制大电流，可能需要增加相变存储器件中的MOS晶体管的沟道宽度。

通过减小相变材料层和其处连接的电极之间的接触面积的尺寸，可以减小编程和/或擦除操作中使用的电流量。通过减小接触面积的尺寸，可以增加流过接触面积的电流密度，这可以允许编程和/擦除操作中使用的电流量减少。因为可以通过在露出电极的孔中淀积相变材料层来形成相变材料层，应当理解减小接触面积的尺寸可能需要减小孔的直径，这可能导致孔的高宽比被增加。

如果通过在衬底的整个表面上覆盖相变材料，在孔中淀积相变材料层，那么在孔的上部可能形成突出，在该突出下面的相变材料中导致空隙。此外，在孔的一个侧壁上淀积的相变材料接触在相对侧壁上淀积的相变材料的地点，可能形成裂缝。

空隙和裂缝可能会降低相变材料层的工作性能。例如，形成空隙或裂缝的部分相变材料可能具有很高的电阻，这使准确地探测由于结晶和非晶态之间的转变的电阻变化变得困难或不可能。因此，相变存储器件的感测余量可能降低。此外，空隙和裂缝可能减小相变存储器件中的基本单元的均匀性，以便编程电阻、擦除电阻、编程和擦除电流量等可能是不均匀的，使相变存储器件的操作退化。

发明内容

因此本发明涉及一种形成相变材料层的方法、使用该相变材料层形成相变存储器件的方法以及由此形成的相变存储器件，该相变存储器件基本上克服由于相关技术的限制和缺点的一个或多个问题。

因此本发明的实施例的一个特点是提供一种形成相变材料层的方法，该方法可以在导电部件上有选择地形成相变材料层。

因此本发明的实施例的另一特点是提供一种形成相变材料层的方法，该方法可以在导电部件上形成相变材料层，而在相邻绝缘体上不形成相变材料，这可以消除相变材料层中的突出、裂缝和/或空隙的形成。

因此本发明实施例的进一步的特点是提供一种具有相变材料层的相变存储器件，该相变材料层被均匀地形成并具有小的接触面积，以便该相变存储器件可以用于高度集成、低功耗的存储器。

通过提供形成相变材料层的方法，可以实现本发明的以上及其他特点和优点的至少一个，该方法包括制备具有绝缘体和导体的衬底，将该衬底装载到处理室中，注入淀积气体到该处理室中，以在导体的露出表面上有选择地形成相变材料层，以及从处理室卸载该衬底，其中处理室中的淀积气体的寿命短于淀积气体通过热能起反应的时间。